EP4249855A1 - Rotary encoder and method for operating a rotary encoder - Google Patents

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Publication number
EP4249855A1
EP4249855A1 EP23161953.7A EP23161953A EP4249855A1 EP 4249855 A1 EP4249855 A1 EP 4249855A1 EP 23161953 A EP23161953 A EP 23161953A EP 4249855 A1 EP4249855 A1 EP 4249855A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary encoder
shaft
bearing
encoder
frame
Prior art date
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Pending
Application number
EP23161953.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Blank
Simon Maiberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH
Original Assignee
Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH filed Critical Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/443—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed mounted in bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24428—Error prevention
    • G01D5/24433—Error prevention by mechanical means
    • G01D5/24442—Error prevention by mechanical means by mounting means
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    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007—Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
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    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals

Definitions

  • the invention relates to a rotary encoder for a machine, in particular a hoist, crane or the like, and to a method for operating a rotary encoder, wherein the rotary encoder can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft, the rotary encoder being a frame which can be attached to a machine with an encoder device arranged thereon for detecting a rotation of the encoder shaft, and a signal output device for outputting a encoder signal and / or a speed signal, wherein the encoder has a bearing device with which the encoder shaft is rotatably mounted on the frame.
  • a rotary encoder comprises at least one rotary encoder shaft that can be coupled to a machine and a mechanical, optical, capacitive, inductive or magnetic encoder device or detection device.
  • the encoder device can, for example, be an incremental encoder or an absolute encoder form.
  • the transmitter device can be a switch or a counter.
  • the transmitter device can obtain signals for one revolution of the shaft, such as a rotation angle signal or a speed signal.
  • a corresponding signal can then be output from these signals by means of a signal output device, which can be converted, for example, by the signal output device or adapted to a technical standard.
  • the signal output device is regularly connected via a line for signal transmission or wirelessly to an evaluation device, a machine control or the like.
  • Such a rotary encoder is from the DE 10 2013 204 399 A1 known.
  • Rotary encoders are used, among other things, in large machines or systems and are exposed to high loads during operation.
  • a housing of a rotary encoder is therefore regularly made of metal, so that the rotary encoder is comparatively resistant to mechanical and thermal influences.
  • the rotary encoder is then fastened by connecting the housing to the machine, for example using screws. Due to the connection to the machine, there is the problem that compensation or shaft currents flow through the rotary encoder connected to the shaft and thus bearing damage can occur, especially in rolling bearings.
  • it is known to connect so-called grounding contacts to a shaft in order to ensure grounding of the shaft or a controlled outflow of induced currents via the grounding contact, essentially via the grounding contact instead of the bearings.
  • Insulating bearings are also known, but are not available for all standardized bearing sizes and designs.
  • the balls can be made of ceramic or an outer bearing shell is insulated by a ceramic layer.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a rotary encoder, a rotary encoder arrangement and a method for operating a rotary encoder which prevents bearing damage using simple means.
  • the rotary encoder according to the invention for a machine in particular a hoist, crane or the like, has a rotary encoder shaft which can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft, the rotary encoder having a frame which can be attached to a machine and has an encoder device arranged thereon Detecting a rotation of the encoder shaft, and a signal output device, for outputting a rotation angle signal and/or a speed signal, wherein the rotary encoder has a bearing device with which the rotary encoder shaft is rotatably mounted on the frame, wherein the rotary encoder has an insulating device which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame.
  • the encoder shaft is rotatably connected to the shaft of the machine, which can be an electric motor, for example.
  • a shaft is also understood to mean an axis.
  • the shaft can be coupled directly to a drive unit of the machine.
  • the encoder shaft can also be rotatably connected to an axis.
  • the frame is used to attach the encoder device to the machine, the encoder device being arranged on the encoder shaft in such a way that when the encoder shaft rotates, a rotation angle signal and/or a speed signal can be generated, which can be output and also processed by the signal output device.
  • the transmitter device and the signal output device can be designed like the transmitter devices and signal output devices known from the prior art.
  • the encoder shaft is rotatably mounted on the frame by means of the bearing device. Because the rotary encoder has an insulating device which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame, it is possible to prevent compensating or shaft currents from flowing from the shaft and/or the rotary encoder shaft into the frame or components of the machine via the bearing device. It is then no longer necessary to provide an insulated adapter shaft between the encoder shaft and the shaft, special bearings, couplings or grounding contacts. Although it is possible that an electrical potential arises between the frame and the rotary encoder shaft or the storage device, this cannot easily be equalized via the storage device or flow away as a current due to the insulating device.
  • the insulating device alone makes this possible without anything else complex technical measures to easily avoid bearing damage, for example on the encoder or a machine. Furthermore, the insulating device opens up the possibility of feeding in an electrical signal and/or an electrical potential between the encoder shaft and the frame, between the shaft of a machine and the frame, between the storage device and the frame and/or between the bearing device and the encoder shaft and/or or to capture. With the help of a measuring device, a change in the electrical signal and/or the electrical potential can then be measured and a physical quantity, for example a damage value of a bearing of the encoder shaft, the shaft of a machine and/or the bearing device, can be determined.
  • a physical size or a damage value of the rotary encoder and/or an encoder attachment - including a coupling, an adapter shaft or a torque arm - as well as, for example, a damage value of a machine bearing can be determined.
  • the insulating device can therefore be designed in such a way that the conduction of currents or voltages induced or fed into the shaft and/or the encoder shaft into the frame is interrupted. Since the frame is usually grounded via the machine when mounted on the machine, the insulating device can prevent currents from flowing into the frame via the bearing device or the encoder shaft. Thus, condition monitoring of the bearing device of the rotary encoder and/or condition monitoring of the remaining drive train up to the bearings of the machine can be implemented and separated from each other. If, for example, an insulated coupling or the like is used between the encoder shaft and the shaft of the machine, contact can be made Shaft of the machine using another suitable device.
  • the frame can be designed as a housing in which the transmitter device, the signal output device and the storage device can be accommodated.
  • the housing can be designed as a self-contained housing and/or in several parts.
  • the housing can, for example, be designed such that it is designed with a flange for attachment to a machine.
  • a receptacle for the storage device can be formed within the housing.
  • the encoder device can be formed by a disk with increments surrounding the encoder shaft and a sensor for detecting the increments, so that the rotation angle signal and/or the speed signal can be obtained.
  • the signal output device can be designed by a discrete circuit for processing the respective signals and forwarding them.
  • the transmitter device and also the signal output device can be attached to the housing.
  • the bearing device can thus have at least one bearing, preferably one rolling bearing, particularly preferably two or more rolling bearings. It is important that the rolling bearing is a standardized and uninsulated rolling bearing, which is inexpensive and easy to obtain.
  • the rolling bearing can be a deep groove ball bearing.
  • the bearing device can have at least one plain bearing, preferably two or more plain bearings.
  • the bearing or rolling bearing can be connected directly to the encoder shaft.
  • a fit for example a transition fit or press fit, can be formed between an outer diameter of the encoder shaft and an inner diameter of the bearing or rolling bearing.
  • the bearing or rolling bearing can therefore rest directly on the encoder shaft.
  • the storage device can comprise a storage device that holds and at least partially surrounds the bearing or rolling bearing or a plurality of bearings or rolling bearings.
  • the bearing device can, for example, be designed in the form of a sleeve into which the bearing or bearings or rolling bearings are inserted.
  • An outer diameter of the bearing or rolling bearing can be directly connected to an inner diameter of the sleeve by a fit, for example a transition fit or press fit, or an adhesive connection. Mounting the bearings or rolling bearings independently of the frame can be significantly simplified.
  • the storage device or the sleeve can in turn form a flange via which the storage device can be attached to the frame or frame.
  • the insulating device then makes it possible to electrically isolate the bearing device from the housing and still ensure safe and simple assembly of the bearings or rolling bearings. At the same time, it is also possible to use cost-effective rolling bearings, since no special embodiments of rolling bearings are required.
  • the storage device can enable a modular structure of rotary encoders, such that the storage device can be used on different types of rotary encoders. Furthermore, the storage device significantly facilitates an electrical connection to a line for feeding a signal or measuring a potential via the bearings or rolling bearings.
  • the insulating device can be formed by dielectric material, which can be arranged between the frame and the storage device.
  • the dielectric material then enables the insulating device to be comparatively thin, so that the insulating device does not require significantly more installation space.
  • the dielectric material can be plastic, insulating paper, mica or ceramic. Other known dielectric materials, such as hard fabric or circuit board material, can also be used.
  • the isolation device can also form air gaps.
  • the dielectric material can also form a surface coating, for example in the form of a lacquer or an anodized layer.
  • the insulating device can be formed from a plurality of insulating devices, wherein the storage device can be firmly connected to the frame via the insulating devices. The insulating devices can then be arranged at the points between the storage device and the frame where the storage device is held on the frame and would otherwise be in contact with the frame.
  • the insulating device can be designed as at least one sleeve and/or a disk. If the storage device is designed at least in sections in the form of a sleeve, the insulating device can then surround the storage device. If the bearing device rests on the frame with an axial surface, the insulating device can also be designed in sections as a disk that rests on the axial surface. If the insulating device comprises a plurality of insulating devices, these insulating devices can be designed as rings or as individual disks, for example washers for screws or the like. This is particularly advantageous if the storage device or a storage device is screwed to the frame.
  • the insulating device can be formed by a dielectric material, with the bearing device forming the insulating device. Accordingly, the bearing device can then be formed solely from the dielectric material, such as plastic or the like. The separate training of an insulating device or insulating devices is then no longer necessary. This embodiment is particularly advantageous if no large forces are transmitted via the bearing device.
  • the rotary encoder arrangement according to the invention comprises a rotary encoder according to the invention and a machine, in particular a hoist, crane or the like, the rotary encoder being connected to a shaft of the machine for detecting a rotation of the shaft.
  • the shaft of the machine can be connected directly to a rotary encoder shaft of the rotary encoder, without adapter shafts or other means for mutual electrical insulation of the shafts having to be provided.
  • a rotary encoder shaft of the rotary encoder connected to a shaft of a machine detects a rotation of the shaft, an encoder device of the rotary encoder being arranged on a frame of the rotary encoder attached to the machine is and a rotation of the encoder shaft is detected, wherein a encoder signal and/or a speed signal is output by means of a signal output device of the encoder, the encoder shaft being rotatably mounted on the frame with a bearing device of the encoder, the encoder shaft and the bearing device being supported by means of an insulating device of the encoder is electrically insulated from the frame.
  • a measuring device of the rotary encoder at least one electrical signal and / or an electrical potential between the rotary encoder shaft and the frame, between the storage device and the frame, between the shaft of a machine and the frame, and / or between the bearing device and the rotary encoder shaft, are fed in and/or recorded.
  • the measuring device of the rotary encoder can be integrated, for example, in a housing of the rotary encoder formed by the frame. Since the encoder shaft and the shaft of the machine are electrically insulated from the frame by means of the insulating device, an electrical potential can arise between the encoder shaft or the shaft of the machine and the frame. A quantity of this electrical potential can now be detected or measured with the measuring device.
  • the measuring device can also feed in and/or detect an electrical signal, for example a signal with a fixed or variable frequency or any signal pattern, in this way.
  • An injected signal here is understood to mean a potential that was specifically generated by the measuring device.
  • An injected signal can be galvanically isolated from grounding of a machine. This avoids interference of signals with induced or coupled wave voltages and can thus increase the accuracy and sensitivity of the measuring device. If the detection takes place for a signal conducted between the storage device and the frame, a measured value of the signal for the storage device can advantageously be obtained. Furthermore, the detection can take place for a signal conducted between the shaft of the machine and the frame, whereby a measured value of the signal for the bearings of the shaft or the drive train can advantageously be obtained.
  • the measuring device can then be connected to the signal output device and output a corresponding measured value via the signal output device. This measured value can be evaluated so that the encoder itself can be used as a measuring device for the electrical potential and/or signal.
  • the electrical potential and/or signal can be used to determine an operating state of the machine and/or the encoder.
  • an electrical signal can be generated and transmitted and measured via at least one bearing, preferably at least one rolling bearing, of the bearing device and/or a bearing of the shaft of the machine.
  • a signal strength can be such that the bearing is not damaged by the signal.
  • the measuring device can then be electrically connected directly to individual bearings or a storage device of the storage device.
  • the signal can be conducted via an inner ring, rolling elements and an outer ring of the rolling bearing.
  • the measuring device can detect or store a change in the electrical potential or signal over an operating period, wherein the measuring device detects a physical quantity, for example a load-dependent damage value from a bearing of the shaft of the machine, from the bearing device and / or from an attachment to the machine, including all parts involved in the attachment, such as coupling, adapter shaft or torque arm.
  • a physical quantity for example a load-dependent damage value from a bearing of the shaft of the machine, from the bearing device and / or from an attachment to the machine, including all parts involved in the attachment, such as coupling, adapter shaft or torque arm.
  • the measuring device When the measuring device generates the electrical signal, it can be generated continuously or at intervals. A change in this signal or these interference signals or the electrical potential can easily be determined by measuring over an operating period. This measurement can be used to determine a damage value and thus predict possible damage to the machine and/or bearings.
  • the measuring device can therefore also be used to monitor the operating status of the machine.
  • the figure showed a longitudinal sectional view of a rotary encoder 10, which is essentially formed from a frame 11, a rotary encoder shaft 12, a encoder device 13 and a signal output device 14, shown only schematically here.
  • the frame 11 is designed as a housing 15, which can be connected to a machine, not shown, via a flange of a first housing part 17.
  • a second housing part 18 is screwed to the first housing part 17.
  • the rotary encoder 10 has an insulating device 19 and a bearing device 20 for supporting the rotary encoder shaft 12.
  • the insulating device 19 is designed such that the encoder shaft 12 and the bearing device 20 are electrically insulated from the frame 11.
  • the bearing device 20 includes two rolling bearings 21, which are directly connected to the encoder shaft 12.
  • the storage device 20 further comprises a storage device 22, which is sleeve-shaped in sections and accommodates the rolling bearings 21.
  • the rolling bearings 21 are connected directly to the bearing device 22 and are spaced apart from one another via a ring 23.
  • the bearing device 22 further forms a flange 24, via which the bearing device 22 is screwed to the first housing part 17 by means of screws 25.
  • the insulating device 19 is made of a dielectric material, such as plastic, and is here made of a first ring 26, a second ring 27, a washer 28 and a plurality of washers 29 for the screws 25.
  • the storage device 22 is now completely electrically isolated from the frame 11. A derivation of currents that may be induced in a shaft (not shown) of the machine and/or the encoder shaft 12 into the frame 11 is therefore interrupted.
  • the design of the encoder device 13, here formed by a disk 30 fastened on the rotary encoder shaft 12 with increments that are not visible and a detector for detecting the increments on a circuit board 31, not shown here, is different from the design of the bearing device 20 and the insulating device 19 further influenced.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber (10) für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Drehgebers, wobei der Drehgeber eine Drehgeberwelle (12) aufweist, die mit einer Welle einer Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber ein an einer Maschine befestigbares Gestell (11) mit einer daran angeordneten Gebereinrichtung (13), zur Erfassung einer Rotation der Drehgeberwelle, und einer Signalausgabeeinrichtung (14), zur Ausgabe eines Drehwinkelsignals und/oder eines Drehzahlsignals, aufweist, wobei der Drehgeber eine Lagervorrichtung (20) aufweist, mit der die Drehgeberwelle an dem Gestell drehbar gelagert ist, wobei der Drehgeber eine Isoliervorrichtung (19) aufweist, die die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert.The invention relates to a rotary encoder (10) for a machine, in particular a hoist, crane or the like, and to a method for operating a rotary encoder, wherein the rotary encoder has a rotary encoder shaft (12) which can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft is, wherein the rotary encoder has a frame (11) which can be attached to a machine and has an encoder device (13) arranged thereon for detecting a rotation of the rotary encoder shaft, and a signal output device (14) for outputting a rotation angle signal and/or a speed signal, wherein the rotary encoder has a bearing device (20) with which the rotary encoder shaft is rotatably mounted on the frame, the rotary encoder having an insulating device (19) which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Drehgebers, wobei der Drehgeber mit einer Welle einer Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber ein an einer Maschine befestigbares Gestell mit einer daran angeordneten Gebereinrichtung, zur Erfassung einer Rotation der Drehgeberwelle, und einer Signalausgabeeinrichtung, zur Ausgabe eines Drehgebersignals und/oder eines Drehzahlsignals, aufweist, wobei der Drehgeber eine Lagervorrichtung aufweist, mit der die Drehgeberwelle an dem Gestell drehbar gelagert ist.The invention relates to a rotary encoder for a machine, in particular a hoist, crane or the like, and to a method for operating a rotary encoder, wherein the rotary encoder can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft, the rotary encoder being a frame which can be attached to a machine with an encoder device arranged thereon for detecting a rotation of the encoder shaft, and a signal output device for outputting a encoder signal and / or a speed signal, wherein the encoder has a bearing device with which the encoder shaft is rotatably mounted on the frame.

Derartige Drehgeber und Verfahren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden im Wesentlichen zur Positions- und Drehzahlerfassung einer Achse oder Welle verwendet. Ein Drehgeber umfasst zumindest eine an eine Maschine koppelbare Drehgeberwelle und eine mechanische, optische, kapazitive, induktive oder magnetische Gebereinrichtung bzw. Erfassungseinrichtung. Die Gebereinrichtung kann beispielsweise einen Imkrementalgeber oder einen Absolutgeber ausbilden. In einer mechanischen Ausführung kann die Gebereinrichtung ein Schalter oder ein Zählwerk sein. Die Gebereinrichtung kann für eine Umdrehung der Welle Signale, wie beispielsweise ein Drehwinkelsignal oder ein Drehzahlsignal, gewinnen. Aus diesen Signalen ist dann mittels einer Signalausgabeeinrichtung ein entsprechendes Signal, welches beispielsweise durch die Signalausgabeeinrichtung umgewandelt oder an einen technischen Standard angepasst sein kann, ausgebbar. Die Signalausgabeeinrichtung ist regelmäßig über eine Leitung zur Signalübertragung oder auch drahtlos mit einer Auswertevorrichtung, einer Maschinensteuerung oder dergleichen verbunden. Ein derartiger Drehgeber ist aus der DE 10 2013 204 399 A1 bekannt.Such encoders and methods are well known from the prior art and are essentially used to detect the position and speed of an axis or shaft. A rotary encoder comprises at least one rotary encoder shaft that can be coupled to a machine and a mechanical, optical, capacitive, inductive or magnetic encoder device or detection device. The encoder device can, for example, be an incremental encoder or an absolute encoder form. In a mechanical version, the transmitter device can be a switch or a counter. The transmitter device can obtain signals for one revolution of the shaft, such as a rotation angle signal or a speed signal. A corresponding signal can then be output from these signals by means of a signal output device, which can be converted, for example, by the signal output device or adapted to a technical standard. The signal output device is regularly connected via a line for signal transmission or wirelessly to an evaluation device, a machine control or the like. Such a rotary encoder is from the DE 10 2013 204 399 A1 known.

Drehgeber werden u. a. in großen Maschinen oder Anlagen verwendet und sind im Betrieb großen Belastungen ausgesetzt. Ein Gehäuse eines Drehgebers ist daher regelmäßig aus Metall ausgebildet, sodass der Drehgeber vergleichsweise widerstandsfähig gegenüber mechanischen und thermischen Einwirkungen ist. Eine Befestigung des Drehgebers erfolgt dann dadurch, dass das Gehäuse, beispielsweise mittels Schrauben, mit der Maschine verbunden wird. Durch die Verbindung mit der Maschine besteht das Problem, dass Ausgleichs- oder Wellenströme über den mit der Welle verbundenen Drehgeber fließen und so Lagerschäden, insbesondere bei Wälzlagern auftreten können. Zur Vermeidung derartiger Lagerschäden ist es bekannt, sogenannte Erdungskontakte an eine Welle anzuschließen, um über den Erdungskontakt eine Erdung der Welle bzw. einen kontrollierten Abfluss induzierter Ströme, im Wesentlichen über den Erdungskontakt anstelle der Lager, zu gewährleisten. Da es sich bei dem Erdungskontakt um eine weitere Baugruppe handelt, ist dessen Verwendung nicht immer möglich und verursacht unerwünschte Kosten. Zudem entstehen durch hohe Wellenströme unerwünschte Verlustleistungen und höhere Betriebstemperaturen. Weiter ist es bekannt die Welle der Maschine über eine Kupplung von der Drehgeberwelle elektrisch zu isolieren. Derartige isolierende Kupplungen, entsprechende isolierende Adapterwellen oder Isolierbuchsen müssen jedoch präzise gefertigt und montiert werden, um eventuelle Rundlauffehler zu minieren. Mitunter beanspruchen derartige Lösungen mehr Bauraum mit entsprechenden Restriktionen in der Auslegung von Anbauschnittstellen. Weiter kann es durch die dadurch bewirkten Kräfte zu einem erhöhten Lagerverschleiß kommen. Isolierende Kupplungen können aber auch, je nach Bauart, nur gering belastet werden.Rotary encoders are used, among other things, in large machines or systems and are exposed to high loads during operation. A housing of a rotary encoder is therefore regularly made of metal, so that the rotary encoder is comparatively resistant to mechanical and thermal influences. The rotary encoder is then fastened by connecting the housing to the machine, for example using screws. Due to the connection to the machine, there is the problem that compensation or shaft currents flow through the rotary encoder connected to the shaft and thus bearing damage can occur, especially in rolling bearings. To avoid such bearing damage, it is known to connect so-called grounding contacts to a shaft in order to ensure grounding of the shaft or a controlled outflow of induced currents via the grounding contact, essentially via the grounding contact instead of the bearings. Since the grounding contact is another assembly, its use is not always possible and entails undesirable costs. In addition, high wave currents result in undesirable power losses and higher operating temperatures. It is also known to electrically isolate the shaft of the machine from the encoder shaft via a coupling. However, such insulating couplings, corresponding insulating adapter shafts or insulating bushings must be precisely manufactured and be mounted in order to minimize any concentricity errors. Sometimes such solutions require more installation space with corresponding restrictions in the design of mounting interfaces. The resulting forces can also lead to increased bearing wear. Depending on the design, insulating couplings can only be subjected to low loads.

Bei derartigen Verbindungen können darüber hinaus Verschmutzungen und Feuchte einen Widerstand der isolierenden Verbindungen und damit eine Schutzfunktion gegen Wellenströme vermindern. Darüber hinaus sind isolierende Lager bekannt, die jedoch nicht für alle standardisierten Lagergrößen und Ausführungen erhältlich sind. Die bei diesen sogenannten Hybridlagern verwendeten unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Stahl und Keramik, weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die einen Arbeitstemperaturbereich einschränken. Bei Hybridlagern können die Kugeln aus Keramik bestehen oder ist eine Isolation einer äußeren Lagerschale durch eine Keramikschicht gebildet.In the case of such connections, contamination and moisture can also reduce the resistance of the insulating connections and thus reduce their protective function against wave currents. Insulating bearings are also known, but are not available for all standardized bearing sizes and designs. The different materials used in these so-called hybrid bearings, such as steel and ceramic, have different thermal expansion coefficients that limit a working temperature range. In hybrid bearings, the balls can be made of ceramic or an outer bearing shell is insulated by a ceramic layer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber, eine Drehgeberanordnung und ein Verfahren zum Betrieb eines Drehgebers vorzuschlagen, der bzw. das Lagerschäden mit einfachen Mitteln verhindert.The present invention is therefore based on the object of proposing a rotary encoder, a rotary encoder arrangement and a method for operating a rotary encoder which prevents bearing damage using simple means.

Diese Aufgabe wird durch einen Drehgeber mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Drehgeberanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.This object is achieved by a rotary encoder with the features of claim 1, a rotary encoder arrangement with the features of claim 12 and a method with the features of claim 13.

Der erfindungsgemäße Drehgeber für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, weist eine Drehgeberwelle auf, die mit einer Welle einer Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber ein an einer Maschine befestigbares Gestell mit einer daran angeordneten Gebereinrichtung, zur Erfassung einer Rotation der Drehgeberwelle, und eine Signalausgabeeinrichtung, zur Ausgabe eines Drehwinkelsignals und/oder eines Drehzahlsignals, aufweist, wobei der Drehgeber eine Lagervorrichtung aufweist, mit der die Drehgeberwelle an dem Gestell drehbar gelagert ist, wobei der Drehgeber eine Isoliervorrichtung aufweist, die die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert.The rotary encoder according to the invention for a machine, in particular a hoist, crane or the like, has a rotary encoder shaft which can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft, the rotary encoder having a frame which can be attached to a machine and has an encoder device arranged thereon Detecting a rotation of the encoder shaft, and a signal output device, for outputting a rotation angle signal and/or a speed signal, wherein the rotary encoder has a bearing device with which the rotary encoder shaft is rotatably mounted on the frame, wherein the rotary encoder has an insulating device which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame.

Demnach ist die Drehgeberwelle mit der Welle der Maschine, welche beispielsweise ein elektrischer Motor sein kann, drehbar verbunden. Unter einer Welle wird hier im Sinne der Erfindung auch eine Achse verstanden. Die Welle kann dabei unmittelbar mit einer Antriebseinheit der Maschine gekoppelt sein. Prinzipiell kann aber auch die Drehgeberwelle mit einer Achse drehbar verbunden sein. Das Gestell dient zur Befestigung der Gebereinrichtung an der Maschine, wobei die Gebereinrichtung so an der Drehgeberwelle angeordnet ist, dass bei einer Drehung der Drehgeberwelle ein Drehwinkelsignal und/oder ein Drehzahlsignal generiert werden kann, welches von der Signalausgabeeinrichtung ausgegeben und auch verarbeitet werden kann. Die Gebereinrichtung und die Signalausgabeeinrichtung können dabei wie die aus dem Stand der Technik bekannten Gebereinrichtungen und Signalausgabeeinrichtungen ausgebildet sein. Weiter ist die Drehgeberwelle mittels der Lagervorrichtung an dem Gestell drehbar gelagert. Dadurch dass der Drehgeber eine Isoliervorrichtung aufweist, die die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert, kann verhindert werden, dass über die Lagervorrichtung Ausgleichs- oder Wellenströme von der Welle und/oder der Drehgeberwelle in das Gestell bzw. Bauteile der Maschine abfließen. Es ist dann nicht mehr erforderlich eine isolierte Adapterwelle zwischen der Drehgeberwelle und Welle, spezielle Lager, Kupplungen oder Erdungskontakte vorzusehen. Zwar besteht die Möglichkeit, dass ein elektrisches Potenzial zwischen dem Gestell und der Drehgeberwelle bzw. der Lagervorrichtung entsteht, dieses kann jedoch aufgrund der Isoliervorrichtung nicht ohne weiteres über die Lagervorrichtung ausgeglichen werden bzw. als ein Strom abfließen. Alleine durch die Isoliervorrichtung wird es dadurch möglich ohne weitere aufwändige technische Maßnahmen Lagerschäden, beispielsweise an dem Drehgeber oder einer Maschine, einfach zu vermeiden. Weiter eröffnet die Isoliervorrichtung die Möglichkeit ein elektrisches Signal und/oder ein elektrisches Potenzial zwischen der Drehgeberwelle und dem Gestell, zwischen der Welle einer Maschine und dem Gestell, zwischen der Lagervorrichtung und dem Gestell und/oder zwischen der Lagervorrichtung und der Drehgeberwelle, einzuspeisen und/oder zu erfassen. Mit Hilfe einer Messeinrichtung kann dann eine Veränderung des elektrischen Signals und/oder des elektrischen Potenzials gemessen und eine physikalische Größe, beispielsweise ein Schädigungswert von einem Lager der Drehgeberwelle, der Welle einer Maschine und/oder der Lagervorrichtung bestimmt werden. Insbesondere können eine physikalische Größe bzw. ein Schädigungswert des Drehgebers und/oder eines Geberanbaus - einschließlich einer Kupplung, einer Adapterwelle oder einer Drehmomentstütze - sowie beispielsweise auch ein Schädigungswert eines Maschinenlagers bestimmt werden. Durch die Isolation der Lagervorrichtung können somit alle Verfahren für eine elektrische Zustandsüberwachung eines gesamten Antriebsstrangs in dem Drehgeber integriert und auf eine einzige Anbaustelle reduziert werden.Accordingly, the encoder shaft is rotatably connected to the shaft of the machine, which can be an electric motor, for example. For the purposes of the invention, a shaft is also understood to mean an axis. The shaft can be coupled directly to a drive unit of the machine. In principle, the encoder shaft can also be rotatably connected to an axis. The frame is used to attach the encoder device to the machine, the encoder device being arranged on the encoder shaft in such a way that when the encoder shaft rotates, a rotation angle signal and/or a speed signal can be generated, which can be output and also processed by the signal output device. The transmitter device and the signal output device can be designed like the transmitter devices and signal output devices known from the prior art. Furthermore, the encoder shaft is rotatably mounted on the frame by means of the bearing device. Because the rotary encoder has an insulating device which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame, it is possible to prevent compensating or shaft currents from flowing from the shaft and/or the rotary encoder shaft into the frame or components of the machine via the bearing device. It is then no longer necessary to provide an insulated adapter shaft between the encoder shaft and the shaft, special bearings, couplings or grounding contacts. Although it is possible that an electrical potential arises between the frame and the rotary encoder shaft or the storage device, this cannot easily be equalized via the storage device or flow away as a current due to the insulating device. The insulating device alone makes this possible without anything else complex technical measures to easily avoid bearing damage, for example on the encoder or a machine. Furthermore, the insulating device opens up the possibility of feeding in an electrical signal and/or an electrical potential between the encoder shaft and the frame, between the shaft of a machine and the frame, between the storage device and the frame and/or between the bearing device and the encoder shaft and/or or to capture. With the help of a measuring device, a change in the electrical signal and/or the electrical potential can then be measured and a physical quantity, for example a damage value of a bearing of the encoder shaft, the shaft of a machine and/or the bearing device, can be determined. In particular, a physical size or a damage value of the rotary encoder and/or an encoder attachment - including a coupling, an adapter shaft or a torque arm - as well as, for example, a damage value of a machine bearing can be determined. By isolating the bearing device, all methods for electrical condition monitoring of an entire drive train can be integrated into the rotary encoder and reduced to a single mounting point.

Die Isoliervorrichtung kann folglich derart ausgebildet sein, dass eine Ableitung von in der Welle und/oder der Drehgeberwelle induzierten oder eingespeisten Strömen oder Spannungen in das Gestell unterbrochen ist. Da das Gestell bei einer Montage an der Maschine in der Regel über die Maschine geerdet ist, kann so durch die Isoliervorrichtung verhindert werden, dass Ströme in das Gestell über die Lagervorrichtung oder die Drehgeberwelle abfließen. Somit kann eine Zustandsüberwachung der Lagervorrichtung des Drehgebers und/oder eine Zustandsüberwachung des restlichen Antriebsstrangs bis hin zu Lagern der Maschine realisiert als auch von einander separiert werden. Sofern beispielsweise eine isolierte Kupplung oder dergleichen zwischen der Drehgeberwelle und der Welle der Maschine eingesetzt ist, kann eine Kontaktierung der Welle der Maschine mittels einer weiteren geeigneten Vorrichtung erfolgen.The insulating device can therefore be designed in such a way that the conduction of currents or voltages induced or fed into the shaft and/or the encoder shaft into the frame is interrupted. Since the frame is usually grounded via the machine when mounted on the machine, the insulating device can prevent currents from flowing into the frame via the bearing device or the encoder shaft. Thus, condition monitoring of the bearing device of the rotary encoder and/or condition monitoring of the remaining drive train up to the bearings of the machine can be implemented and separated from each other. If, for example, an insulated coupling or the like is used between the encoder shaft and the shaft of the machine, contact can be made Shaft of the machine using another suitable device.

Das Gestell kann als ein Gehäuse ausgebildet sein, in dem die Gebereinrichtung, die Signalausgabeeinrichtung und die Lagervorrichtung aufgenommen sein können. Das Gehäuse kann als ein in sich geschlossenes Gehäuse und/oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse kann beispielsweise so beschaffen sein, dass es mit einem Flansch zur Befestigung an einer Maschine ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses kann eine Aufnahme für die Lagervorrichtung ausgebildet sein. Die Gebereinrichtung kann durch eine die Drehgeberwelle umgebende Scheibe mit Inkrementen, und einen Sensor zur Detektion der Inkremente ausgebildet sein, sodass das Drehwinkelsignal und/oder das Drehzahlsignal gewonnen werden kann. Die Signalausgabeeinrichtung kann durch eine diskrete Schaltung zur Verarbeitung der jeweiligen Signale und deren Weiterleitung ausgebildet sein. Die Gebereinrichtung und auch die Signalausgabeeinrichtung können an dem Gehäuse befestigt sein.The frame can be designed as a housing in which the transmitter device, the signal output device and the storage device can be accommodated. The housing can be designed as a self-contained housing and/or in several parts. The housing can, for example, be designed such that it is designed with a flange for attachment to a machine. A receptacle for the storage device can be formed within the housing. The encoder device can be formed by a disk with increments surrounding the encoder shaft and a sensor for detecting the increments, so that the rotation angle signal and/or the speed signal can be obtained. The signal output device can be designed by a discrete circuit for processing the respective signals and forwarding them. The transmitter device and also the signal output device can be attached to the housing.

Die Lagervorrichtung kann so mindestens ein Lager, bevorzugt ein Wälzlager, besonders bevorzugt zwei oder mehr Wälzlager, aufweisen. Wesentlich dabei ist, dass es sich dann bei dem Wälzlager um ein standardisiertes bzw. genormtes und auch unisoliertes Wälzlager handelt, welches kostengünstig und einfach erhältlich ist. Beispielsweise kann das Wälzlager ein Rillenkugellager sein. Alternativ kann die Lagervorrichtung mindestens ein Gleitlager, bevorzugt zwei oder mehr Gleitlager aufweisen.The bearing device can thus have at least one bearing, preferably one rolling bearing, particularly preferably two or more rolling bearings. It is important that the rolling bearing is a standardized and uninsulated rolling bearing, which is inexpensive and easy to obtain. For example, the rolling bearing can be a deep groove ball bearing. Alternatively, the bearing device can have at least one plain bearing, preferably two or more plain bearings.

Das Lager bzw. Wälzlager kann unmittelbar mit der Drehgeberwelle verbunden sein. Zwischen einem Außendurchmesser der Drehgeberwelle und einem Innendurchmesser des Lagers bzw. Wälzlagers kann eine Passung, beispielsweise eine Übergangspassung oder Presspassung, ausgebildet sein. Das Lager bzw. Wälzlager kann damit direkt an der Drehgeberwelle anliegen.The bearing or rolling bearing can be connected directly to the encoder shaft. A fit, for example a transition fit or press fit, can be formed between an outer diameter of the encoder shaft and an inner diameter of the bearing or rolling bearing. The bearing or rolling bearing can therefore rest directly on the encoder shaft.

Die Lagervorrichtung kann eine Lagereinrichtung umfassen, die das Lager bzw. Wälzlager oder eine Mehrzahl von Lager bzw. Wälzlager haltert und zumindest teilweise umgibt. Die Lagereinrichtung kann beispielsweise in Art einer Hülse ausgebildet sein, in die das bzw. die Lager bzw. Wälzlager eingesetzt sind. Dabei kann ein Außendurchmesser des Lagers bzw. Wälzlagers mit einem Innendurchmesser der Hülse durch eine Passung, beispielswiese eine Übergangspassung oder Presspassung, oder eine Klebeverbindung unmittelbar verbunden sein. Eine Montage der Lager bzw. Wälzlager unabhängig von dem Gestell kann so wesentlich vereinfacht werden. Die Lagereinrichtung bzw. die Hülse kann ihrerseits einen Flansch ausbilden, über den die Lagereinrichtung an dem Gestell bzw. Gestell befestigt werden kann. Durch die Isoliervorrichtung ist es dann möglich die Lagereinrichtung von dem Gehäuse elektrisch zu isolieren und dennoch eine sichere und einfache Montage der Lager bzw. Wälzlager zu gewährleisten. Gleichzeitig ist es auch möglich kostengünstige Wälzlager zu verwenden, da keine besonderen Ausführungsformen von Wälzlagern erforderlich sind. Die Lagereinrichtung kann einen modularen Aufbau von Drehgebern ermöglichen, derart, dass die Lagereinrichtung an verschiedenen Arten von Drehgebern Verwendung finden kann. Weiter erleichtert die Lagereinrichtung einen elektrischen Anschluss an eine Leitung zur Einspeisung eines Signals oder Messung eines Potentials über die Lager bzw. Wälzlager wesentlich.The storage device can comprise a storage device that holds and at least partially surrounds the bearing or rolling bearing or a plurality of bearings or rolling bearings. The bearing device can, for example, be designed in the form of a sleeve into which the bearing or bearings or rolling bearings are inserted. An outer diameter of the bearing or rolling bearing can be directly connected to an inner diameter of the sleeve by a fit, for example a transition fit or press fit, or an adhesive connection. Mounting the bearings or rolling bearings independently of the frame can be significantly simplified. The storage device or the sleeve can in turn form a flange via which the storage device can be attached to the frame or frame. The insulating device then makes it possible to electrically isolate the bearing device from the housing and still ensure safe and simple assembly of the bearings or rolling bearings. At the same time, it is also possible to use cost-effective rolling bearings, since no special embodiments of rolling bearings are required. The storage device can enable a modular structure of rotary encoders, such that the storage device can be used on different types of rotary encoders. Furthermore, the storage device significantly facilitates an electrical connection to a line for feeding a signal or measuring a potential via the bearings or rolling bearings.

Die Isoliervorrichtung kann durch dielektrisches Material ausgebildet sein, welches zwischenliegend dem Gestell und der Lagervorrichtung angeordnet sein kann. Das dielektrische Material ermöglicht dann eine vergleichsweise dünne Ausbildung der Isoliervorrichtung, sodass durch die Isoliervorrichtung nicht wesentlich mehr Bauraum benötigt wird.The insulating device can be formed by dielectric material, which can be arranged between the frame and the storage device. The dielectric material then enables the insulating device to be comparatively thin, so that the insulating device does not require significantly more installation space.

Das dielektrische Material kann Kunststoff, Isolierpapier, Glimmer oder Keramik sein. Weiter sind auch andere, bekannte dielektrische Materialien, wie Hartgewebe oder Leiterplattenmaterial, verwendbar. Die Isoliervorrichtung kann auch Luftspalte ausbilden. Das dielektrische Material kann auch eine Oberflächenbeschichtung ausbilden, beispielsweise als ein Lack oder eine Eloxalschicht vorliegen.The dielectric material can be plastic, insulating paper, mica or ceramic. Other known dielectric materials, such as hard fabric or circuit board material, can also be used. The isolation device can also form air gaps. The dielectric material can also form a surface coating, for example in the form of a lacquer or an anodized layer.

Die Isoliervorrichtung kann aus einer Mehrzahl von Isoliereinrichtungen ausgebildet sein, wobei die Lagervorrichtung über die Isoliereinrichtungen mit dem Gestell fest verbunden sein kann. Die Isoliereinrichtungen können dann an den Stellen zwischen der Lagervorrichtung und dem Gestellt angeordnet sein, an denen die Lagervorrichtung an dem Gestell gehaltert ist und sonst mit dem Gestell in Kontakt stehen würde.The insulating device can be formed from a plurality of insulating devices, wherein the storage device can be firmly connected to the frame via the insulating devices. The insulating devices can then be arranged at the points between the storage device and the frame where the storage device is held on the frame and would otherwise be in contact with the frame.

Die Isoliervorrichtung kann als zumindest eine Hülse und/oder eine Scheibe ausgebildet sein. Wenn die Lagervorrichtung zumindest abschnittsweise in Form einer Hülse ausgebildet ist, kann die Isoliervorrichtung dann die Lagervorrichtung umgeben. Sofern die Lagervorrichtung mit einer axialen Fläche an dem Gestell anliegt, kann die Isoliervorrichtung auch abschnittsweise als eine Scheibe ausgebildet sein die an der axialen Fläche anliegt. Sofern die Isoliervorrichtung eine Mehrzahl von Isoliereinrichtungen umfasst können diese Isoliereinrichtungen als Ringe oder auch als einzelne Scheiben, beispielsweise Unterlegscheiben für Schrauben oder dergleichen, ausgebildet sein. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Lagervorrichtung bzw. eine Lagereinrichtung mit dem Gestell verschraubt ist.The insulating device can be designed as at least one sleeve and/or a disk. If the storage device is designed at least in sections in the form of a sleeve, the insulating device can then surround the storage device. If the bearing device rests on the frame with an axial surface, the insulating device can also be designed in sections as a disk that rests on the axial surface. If the insulating device comprises a plurality of insulating devices, these insulating devices can be designed as rings or as individual disks, for example washers for screws or the like. This is particularly advantageous if the storage device or a storage device is screwed to the frame.

Alternativ kann die Isoliervorrichtung durch ein dielektrisches Material ausgebildet sein, wobei die Lagereinrichtung die Isoliervorrichtung ausbildet. Demnach kann dann die Lagereinrichtung alleine aus dem dielektrischen Material, wie Kunststoff oder dergleichen, ausgebildet sein. Die gesonderte Ausbildung von einer Isoliervorrichtung bzw. von Isoliereinrichtungen ist dann nicht mehr erforderlich. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn über die Lagereinrichtung keine großen Kräfte übertragen werden.Alternatively, the insulating device can be formed by a dielectric material, with the bearing device forming the insulating device. Accordingly, the bearing device can then be formed solely from the dielectric material, such as plastic or the like. The separate training of an insulating device or insulating devices is then no longer necessary. This embodiment is particularly advantageous if no large forces are transmitted via the bearing device.

Die erfindungsgemäße Drehgeberanordnung umfasst einen erfindungsgemäßen Drehgeber und eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, wobei der Drehgeber mit einer Welle der Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbunden ist. Dabei kann die Welle der Maschine unmittelbar mit einer Drehgeberwelle des Drehgebers verbunden sein, ohne dass Adapterwellen oder andere Mittel zur gegenseitigen elektrischen Isolierung der Wellen vorgesehen sein müssten.The rotary encoder arrangement according to the invention comprises a rotary encoder according to the invention and a machine, in particular a hoist, crane or the like, the rotary encoder being connected to a shaft of the machine for detecting a rotation of the shaft. The shaft of the machine can be connected directly to a rotary encoder shaft of the rotary encoder, without adapter shafts or other means for mutual electrical insulation of the shafts having to be provided.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Drehgebers für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, erfasst eine mit einer Welle einer Maschine verbundene Drehgeberwelle des Drehgebers eine Rotation der Welle, wobei eine Gebereinrichtung des Drehgebers an einem an der Maschine befestigen Gestell des Drehgebers angeordnet ist und eine Rotation der Drehgeberwelle erfasst, wobei mittels einer Signalausgabeeinrichtung des Drehgebers ein Drehgebersignal und/oder ein Drehzahlsignal ausgegeben wird, wobei die Drehgeberwelle an dem Gestell mit einer Lagervorrichtung des Drehgebers drehbar gelagert wird, wobei die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung mittels einer Isoliervorrichtung des Drehgebers gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert wird. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Drehgebers verwiesen.In the method according to the invention for operating a rotary encoder for a machine, in particular a hoist, crane or the like, a rotary encoder shaft of the rotary encoder connected to a shaft of a machine detects a rotation of the shaft, an encoder device of the rotary encoder being arranged on a frame of the rotary encoder attached to the machine is and a rotation of the encoder shaft is detected, wherein a encoder signal and/or a speed signal is output by means of a signal output device of the encoder, the encoder shaft being rotatably mounted on the frame with a bearing device of the encoder, the encoder shaft and the bearing device being supported by means of an insulating device of the encoder is electrically insulated from the frame. Regarding the advantages of the method according to the invention, reference is made to the description of the advantages of the rotary encoder according to the invention.

Weiter kann mittels einer Messeinrichtung des Drehgebers zumindest ein elektrisches Signal und/oder ein elektrisches Potenzial zwischen der Drehgeberwelle und dem Gestell, zwischen der Lagervorrichtung und dem Gestell, zwischen der Welle einer Maschine und dem Gestell, und/oder zwischen der Lagervorrichtung und der Drehgeberwelle, eingespeist und/oder erfasst werden. Die Messeinrichtung des Drehgebers kann beispielsweise in einem von dem Gestell ausgebildeten Gehäuse des Drehgebers integriert sein. Da mittels der Isoliervorrichtung die Drehgeberwelle und die Welle der Maschine von dem Gestell elektrisch isoliert sind kann sich ein elektrisches Potenzial zwischen der Drehgeberwelle bzw. der Welle der Maschine und dem Gestell ausbilden. Mit der Messeinrichtung kann nun eine Größe dieses elektrischen Potenzials detektiert bzw. gemessen werden. Auch kann die Messeinrichtung ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Signal mit einer festen oder variablen Frequenz oder einem beliebigen Signalmuster auf diese Weise einspeisen und/oder erfassen. Unter einem eingespeisten Signal wird hier ein Potential verstanden, welches eigens mittels der Messeinrichtung erzeugt wurde. Ein eingespeistes Signal kann gegenüber einer Erdung einer Maschine galvanisch getrennt sein. Dies vermeidet eine Interferenz von Signalen mit induzierten bzw. eingekoppelten Wellenspannungen und kann somit eine Genauigkeit und Empfindlichkeit der Messeinrichtung erhöhen. Wenn die Erfassung für ein zwischen der Lagervorrichtung und dem Gestell geleitetes Signal erfolgt, kann vorteilhaft ein Messwert des Signals für die Lagervorrichtung gewonnen werden. Weiter kann die Erfassung für ein zwischen der Welle der Maschine und dem Gestell geleitetes Signal erfolgen, wobei vorteilhaft ein Messwert des Signals für die Lager der Welle bzw. den Antriebsstrang gewonnen werden kann. Durch die Verwendung jeweils unterschiedlicher Signale wird eine zeitparallele Messung möglich. Die Messeinrichtung kann dann mit der Signalausgabeeinrichtung verbunden sein und über die Signalausgabeeinrichtung einen entsprechenden Messwert ausgeben. Dieser Messwert kann ausgewertet werden, sodass der Drehgeber selbst als ein Messgerät für das elektrische Potenzial und/oder Signal genutzt werden kann. Das elektrische Potenzial und/oder Signal kann dazu genutzt werden, einen Betriebszustand der Maschine und/oder des Drehgebers zu bestimmen.Furthermore, by means of a measuring device of the rotary encoder, at least one electrical signal and / or an electrical potential between the rotary encoder shaft and the frame, between the storage device and the frame, between the shaft of a machine and the frame, and / or between the bearing device and the rotary encoder shaft, are fed in and/or recorded. The measuring device of the rotary encoder can be integrated, for example, in a housing of the rotary encoder formed by the frame. Since the encoder shaft and the shaft of the machine are electrically insulated from the frame by means of the insulating device, an electrical potential can arise between the encoder shaft or the shaft of the machine and the frame. A quantity of this electrical potential can now be detected or measured with the measuring device. The measuring device can also feed in and/or detect an electrical signal, for example a signal with a fixed or variable frequency or any signal pattern, in this way. An injected signal here is understood to mean a potential that was specifically generated by the measuring device. An injected signal can be galvanically isolated from grounding of a machine. This avoids interference of signals with induced or coupled wave voltages and can thus increase the accuracy and sensitivity of the measuring device. If the detection takes place for a signal conducted between the storage device and the frame, a measured value of the signal for the storage device can advantageously be obtained. Furthermore, the detection can take place for a signal conducted between the shaft of the machine and the frame, whereby a measured value of the signal for the bearings of the shaft or the drive train can advantageously be obtained. By using different signals, parallel measurement is possible. The measuring device can then be connected to the signal output device and output a corresponding measured value via the signal output device. This measured value can be evaluated so that the encoder itself can be used as a measuring device for the electrical potential and/or signal. The electrical potential and/or signal can be used to determine an operating state of the machine and/or the encoder.

Mittels der Messeinrichtung kann ein elektrisches Signal erzeugt und über zumindest ein Lager, bevorzugt zumindest ein Wälzlager, der Lagervorrichtung und/oder einem Lager der Welle der Maschine, geleitet und gemessen werden. So wird es möglich einen Betriebszustand des jeweiligen Lagers mit einfachen Mitteln zu überwachen. Eine Signalstärke kann dabei so bemessen sein, dass das Lager durch das Signal nicht geschädigt wird. Durch die Isolation der Lagervorrichtung gegenüber dem Gestell können jeweils einzelne Lager der Lagervorrichtung oder sämtliche Lager der Lagervorrichtung gleichzeitig überwacht werden. Die Messeinrichtung kann dann direkt mit einzelnen Lagern oder einer Lagereinrichtung der Lagervorrichtung elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann das Signal bei einem Wälzlager über einen Innenring, Wälzkörper und einen Außenring des Wälzlagers geleitet werden.By means of the measuring device, an electrical signal can be generated and transmitted and measured via at least one bearing, preferably at least one rolling bearing, of the bearing device and/or a bearing of the shaft of the machine. This makes it possible to monitor the operating status of the respective warehouse using simple means. A signal strength can be such that the bearing is not damaged by the signal. By isolating the storage device from The frame can be used to monitor individual bearings of the storage device or all bearings of the storage device at the same time. The measuring device can then be electrically connected directly to individual bearings or a storage device of the storage device. For example, in a rolling bearing, the signal can be conducted via an inner ring, rolling elements and an outer ring of the rolling bearing.

Die Messeinrichtung kann eine Veränderung des elektrischen Potenzials bzw. Signals über einen Betriebszeitabschnitt erfassen bzw. speichern, wobei die Messeinrichtung eine physikalische Größe, beispielsweise einen lastabhängigen Schädigungswert von einem Lager der Welle der Maschine, von der Lagervorrichtung und/oder von einem Anbau der Maschine, einschließlich aller am Anbau mitwirkenden Teile, wie Kupplung, Adapterwelle oder Drehmomentstütze, bestimmen und ausgeben kann. Je nach eines Zustands der betreffenden Lager und/oder mitwirkender Teile der Maschine kann es zu einer mehr oder weniger großen Veränderung des Signals bzw. Potentials kommen. Wenn die Messeinrichtung das elektrische Signal erzeugt, kann dieses kontinuierlich oder in Intervallen erzeugt werden. Eine Veränderung dieses Signals bzw. dieser Störsignale bzw. des elektrischen Potenzials kann durch eine Messung über einen Betriebszeitabschnitt leicht festgestellt werden. Diese Messung kann dazu verwendet werden, einen Schädigungswert zu bestimmen und damit einen eventuellen Schaden an der Maschine und/oder Lager vorauszubestimmen. Die Messeinrichtung kann folglich auch zu einer Überwachung des Betriebszustandes der Maschine dienen.The measuring device can detect or store a change in the electrical potential or signal over an operating period, wherein the measuring device detects a physical quantity, for example a load-dependent damage value from a bearing of the shaft of the machine, from the bearing device and / or from an attachment to the machine, including all parts involved in the attachment, such as coupling, adapter shaft or torque arm. Depending on the condition of the relevant bearings and/or participating parts of the machine, there may be a more or less significant change in the signal or potential. When the measuring device generates the electrical signal, it can be generated continuously or at intervals. A change in this signal or these interference signals or the electrical potential can easily be determined by measuring over an operating period. This measurement can be used to determine a damage value and thus predict possible damage to the machine and/or bearings. The measuring device can therefore also be used to monitor the operating status of the machine.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the method result from the feature descriptions of the subclaims relating back to device claim 1.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.

Die Figur zeigte eine Längsschnittansicht eines Drehgebers 10, welcher im Wesentlichen aus einem Gestell 11, einer Drehgeberwelle 12, einer Gebereinrichtung 13 und einer hier nur schematisch dargestellten Signalausgabeeinrichtung 14 gebildet ist. Das Gestell 11 ist als ein Gehäuse 15 ausgebildet, welches über einen Flansch eines ersten Gehäuseteils 17 mit einer nicht dargestellten Maschine verbindbar ist. Ein zweites Gehäuseteil 18 ist mit dem ersten Gehäuseteil 17 verschraubt.The figure showed a longitudinal sectional view of a rotary encoder 10, which is essentially formed from a frame 11, a rotary encoder shaft 12, a encoder device 13 and a signal output device 14, shown only schematically here. The frame 11 is designed as a housing 15, which can be connected to a machine, not shown, via a flange of a first housing part 17. A second housing part 18 is screwed to the first housing part 17.

Weiter weist der Drehgeber 10 eine Isoliervorrichtung 19 und eine Lagervorrichtung 20 zur Lagerung der Drehgeberwelle 12 auf. Die Isoliervorrichtung 19 ist so beschaffen, dass die Drehgeberwelle 12 und die Lagervorrichtung 20 gegenüber dem Gestell 11 elektrisch isoliert ist. Die Lagervorrichtung 20 umfasst zwei Wälzlager 21, die unmittelbar mit der Drehgeberwelle 12 verbunden sind. Weiter umfasst die Lagervorrichtung 20 eine Lagereinrichtung 22, die abschnittsweise hülsenförmig ausgebildet ist und die Wälzlager 21 aufnimmt. Die Wälzlager 21 sind dabei unmittelbar mit der Lagereinrichtung 22 verbunden und über einen Ring 23 voneinander beabstandet. Weiter bildet die Lagereinrichtung 22 einen Flansch 24 aus, über den mittels Schrauben 25 die Lagereinrichtung 22 mit dem ersten Gehäuseteil 17 verschraubt ist. Die Isoliervorrichtung 19 ist aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Kunststoff ausgebildet, und hier aus einem ersten Ring 26, einem zweiten Ring 27, einer Scheibe 28 und einer Mehrzahl von Unterlegscheiben 29 für die Schrauben 25 ausgebildet. Die Lagereinrichtung 22 ist nun so vollständig von dem Gestell 11 elektrisch isoliert. Eine Ableitung von eventuell in einer nicht dargestellten Welle der Maschine und/oder der Drehgeberwelle 12 induzierten Strömen in das Gestell 11 ist demnach unterbrochen. Die Ausbildung der Gebereinrichtung 13, hier ausgebildet durch eine auf der Drehgeberwelle 12 befestigten Scheibe 30 mit nicht ersichtlichen Inkrementen und einem auf einer Platine 31, hier nicht näher gezeigten Detektor zur Erfassung der Inkremente, ist von der Ausbildung der Lagervorrichtung 20 und der Isoliervorrichtung 19 nicht weiter beeinflusst.Furthermore, the rotary encoder 10 has an insulating device 19 and a bearing device 20 for supporting the rotary encoder shaft 12. The insulating device 19 is designed such that the encoder shaft 12 and the bearing device 20 are electrically insulated from the frame 11. The bearing device 20 includes two rolling bearings 21, which are directly connected to the encoder shaft 12. The storage device 20 further comprises a storage device 22, which is sleeve-shaped in sections and accommodates the rolling bearings 21. The rolling bearings 21 are connected directly to the bearing device 22 and are spaced apart from one another via a ring 23. The bearing device 22 further forms a flange 24, via which the bearing device 22 is screwed to the first housing part 17 by means of screws 25. The insulating device 19 is made of a dielectric material, such as plastic, and is here made of a first ring 26, a second ring 27, a washer 28 and a plurality of washers 29 for the screws 25. The storage device 22 is now completely electrically isolated from the frame 11. A derivation of currents that may be induced in a shaft (not shown) of the machine and/or the encoder shaft 12 into the frame 11 is therefore interrupted. The design of the encoder device 13, here formed by a disk 30 fastened on the rotary encoder shaft 12 with increments that are not visible and a detector for detecting the increments on a circuit board 31, not shown here, is different from the design of the bearing device 20 and the insulating device 19 further influenced.

Claims (16)

Drehgeber (10) für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, wobei der Drehgeber eine Drehgeberwelle (12) aufweist, die mit einer Welle einer Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber ein an einer Maschine befestigbares Gestell (11) mit einer daran angeordneten Gebereinrichtung (13), zur Erfassung einer Rotation der Drehgeberwelle, und einer Signalausgabeeinrichtung (14), zur Ausgabe eines Drehwinkelsignals und/oder eines Drehzahlsignals, aufweist, wobei der Drehgeber eine Lagervorrichtung (20) aufweist, mit der die Drehgeberwelle an dem Gestell drehbar gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehgeber eine Isoliervorrichtung (19) aufweist, die die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert.Rotary encoder (10) for a machine, in particular a hoist, crane or the like, the rotary encoder having a rotary encoder shaft (12) which can be connected to a shaft of a machine for detecting a rotation of the shaft, the rotary encoder having a frame (1) which can be attached to a machine. 11) with an encoder device (13) arranged thereon for detecting a rotation of the encoder shaft, and a signal output device (14) for outputting a rotation angle signal and / or a speed signal, the encoder having a bearing device (20) with which the Encoder shaft is rotatably mounted on the frame,
characterized,
that the rotary encoder has an insulating device (19) which electrically insulates the rotary encoder shaft and the bearing device from the frame. Drehgeber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isoliervorrichtung (19) derart ausgebildet ist, dass eine Ableitung von in der Welle und/oder der Drehgeberwelle (12) induzierten Strömen in das Gestell (11) unterbrochen ist.Rotary encoder according to claim 1,
characterized,
that the insulating device (19) is designed such that a derivation is interrupted by currents induced in the shaft and/or the encoder shaft (12) into the frame (11). Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gestell (11) als ein Gehäuse (15) ausgebildet ist, in dem die Gebereinrichtung (13), die Signalausgabeeinrichtung (14) und die Lagervorrichtung (20) aufgenommen sind.Rotary encoder according to claim 1 or 2,
characterized,
that the frame (11) is designed as a housing (15) in which the transmitter device (13), the signal output device (14) and the storage device (20) are accommodated. Drehgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagervorrichtung (20) zumindest ein Lager, bevorzugt ein Wälzlager (21), besonders bevorzugt zwei oder mehr Wälzlager, aufweist.Rotary encoder according to one of the preceding claims,
characterized,
that the bearing device (20) has at least one bearing, preferably a rolling bearing (21), particularly preferably two or more rolling bearings. Drehgeber nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager unmittelbar mit der Drehgeberwelle (12) verbunden ist.Rotary encoder according to claim 4,
characterized,
that the bearing is directly connected to the encoder shaft (12). Drehgeber nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagervorrichtung (20) eine Lagereinrichtung (22) umfasst, die das Lager oder eine Mehrzahl von Lager haltert und zumindest teilweise umgibt.Rotary encoder according to claim 4 or 5,
characterized,
in that the storage device (20) comprises a storage device (22) which holds the bearing or a plurality of bearings and at least partially surrounds them. Drehgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isoliervorrichtung (19) durch ein dielektrisches Material ausgebildet ist, welches zwischenliegend dem Gestell (11) und der Lagervorrichtung (20) angeordnet ist.Rotary encoder according to one of the preceding claims,
characterized,
that the insulating device (19) is formed by a dielectric material which is arranged between the frame (11) and the storage device (20). Drehgeber nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das dielektrische Material Kunststoff, Isolierpapier, Glimmer oder Keramik ist.Rotary encoder according to claim 7,
characterized,
that the dielectric material is plastic, insulating paper, mica or ceramic. Drehgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isoliervorrichtung (19) aus einer Mehrzahl von Isoliereinrichtungen (26, 27, 28, 29) ausgebildet ist, wobei die Lagervorrichtung (20) über die Isoliereinrichtungen mit dem Gestell (11) fest verbunden ist.Rotary encoder according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the insulating device (19) is formed from a plurality of insulating devices (26, 27, 28, 29), the storage device (20) being firmly connected to the frame (11) via the insulating devices. Drehgeber nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isoliervorrichtung (19) als zumindest eine Hülse und/oder eine Scheibe ausgebildet ist.Rotary encoder according to one of the preceding claims,
characterized,
that the insulating device (19) is designed as at least one sleeve and/or a disk. Drehgeber nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isoliervorrichtung durch ein dielektrisches Material ausgebildet ist, wobei die Lagereinrichtung die Isoliervorrichtung ausbildet.Rotary encoder according to claim 6,
characterized,
that the insulating device is formed by a dielectric material, with the bearing device forming the insulating device. Drehgeberanordnung mit einem Drehgeber (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, wobei der Drehgeber mit einer Welle der Maschine zur Erfassung einer Rotation der Welle verbunden ist.Rotary encoder arrangement with a rotary encoder (10) according to one of the preceding claims and a machine, in particular a hoist, crane or the like, the rotary encoder being connected to a shaft of the machine for detecting a rotation of the shaft. Verfahren zum Betrieb eines Drehgebers (10) für eine Maschine, insbesondere Hebezeug, Kran oder dergleichen, wobei eine mit einer Welle einer Maschine verbundene Drehgeberwelle (12) des Drehgebers eine Rotation der Welle erfasst, wobei eine Gebereinrichtung (13) des Drehgebers an einem an der Maschine befestigten Gestell (11) des Drehgebers angeordnet ist und eine Rotation der Drehgeberwelle erfasst, wobei mittels einer Signalausgabeeinrichtung (14) des Drehgebers ein Drehwinkelsignal und/oder ein Drehzahlsignal ausgegeben wird, wobei die Drehgeberwelle an dem Gestell mit einer Lagervorrichtung (20) des Drehgebers drehbar gelagert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehgeberwelle und die Lagervorrichtung mittels einer Isoliervorrichtung (19) des Drehgebers gegenüber dem Gestell elektrisch isoliert wird.Method for operating a rotary encoder (10) for a machine, in particular a hoist, crane or the like, wherein a rotary encoder shaft (12) of the rotary encoder is connected to a shaft of a machine a rotation of the shaft is detected, wherein a transmitter device (13) of the rotary encoder is arranged on a frame (11) of the rotary encoder attached to the machine and detects a rotation of the rotary encoder shaft, wherein a rotation angle signal and / or a rotation angle signal is generated by means of a signal output device (14) of the rotary encoder Speed signal is output, the encoder shaft being rotatably mounted on the frame with a bearing device (20) of the encoder,
characterized,
that the encoder shaft and the bearing device are electrically insulated from the frame by means of an insulating device (19) of the encoder. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Messeinrichtung des Drehgebers (10) zumindest ein elektrisches Signal und/oder ein elektrisches Potential zwischen der Drehgeberwelle (12) und dem Gestell (11), zwischen der Lagervorrichtung (20) und dem Gestell, zwischen der Welle einer Maschine und dem Gestell, und/oder zwischen der Lagervorrichtung und der Drehgeberwelle, erfasst wird.Method according to claim 13,
characterized,
that by means of a measuring device of the rotary encoder (10) at least one electrical signal and / or an electrical potential between the rotary encoder shaft (12) and the frame (11), between the bearing device (20) and the frame, between the shaft of a machine and the frame , and/or between the bearing device and the encoder shaft. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels der Messeinrichtung ein elektrisches Signal erzeugt und über zumindest ein Lager, bevorzugt zumindest ein Wälzlager (21), der Lagervorrichtung (20) und/oder einem Lager der Welle der Maschine, geleitet und gemessen wird.Method according to claim 14,
characterized,
in that an electrical signal is generated by means of the measuring device and is passed and measured via at least one bearing, preferably at least one rolling bearing (21), the bearing device (20) and/or a bearing on the shaft of the machine. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung eine Veränderung des elektrischen Signals über einen Betriebszeitabschnitt erfasst, wobei die Messeinrichtung eine physikalische Größe, bevorzugt einen lastabhängigen Schädigungswert, von einem Lager der Welle der Maschine, von der Lagervorrichtung (20) und/oder von einem Anbau der Maschine, bestimmt und ausgibt.Method according to claim 14 or 15,
characterized,
that the measuring device detects a change in the electrical signal over an operating period, wherein the measuring device determines and outputs a physical quantity, preferably a load-dependent damage value, from a bearing of the shaft of the machine, from the bearing device (20) and / or from an attachment to the machine.
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